TC4钛合金表面B-Al复合渗层的组织和性能

采用固体粉末包埋渗两步法,在TC4钛合金表面先1050 ℃渗硼 4~6 h再950~1050 ℃渗铝 4 h制备出B-Al复合耐磨渗层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、波谱仪(WDS)和能谱仪(EDS)、显微硬度仪和摩擦磨损试验机对复合渗层的物相组成、显微组织、微区成分、表面硬度和摩擦因数进行测试和分析。结果表明:B-Al复合渗层厚为37~115 μm,主要由TiB₂相和TiAl₃相组成,外层是弥散分布TiB₂的TiAl₃层,向内依次形成厚度较小的TiAl₂、TiAl及Ti₃Al等Ti-Al金属间化合物层。B-Al复合渗层表面硬度为1041.7~1429.4 HV0.1,约为TC4钛合金硬度的3.03~4.16倍;经1050 ℃×6 h渗B后1050 ℃×4 h渗Al,其摩擦因数约为0.3,较TC4钛合金基体下降约25%。     

钛合金表面离子束增强沉积的Cr和CrMo合金膜层及其性能

利用多功能离子束增强沉积(IBED)设备，在Ti6Al4V钛合金表面制备Cr和CrMo合金膜层，以提高钛合金表面的耐磨性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、辉光放电光谱仪和显微硬度计分析和测试了IBED膜层的结构、形态、成分分布、硬度和膜基结合强度的大小。利用球一盘磨损试验机和电化学综合测试仪研究了IBED膜层的摩擦学性能和电化学腐蚀特性。结果表明，利用IBED方法可以在难镀材料钛合金表面制备膜基结合强度高、结晶致密和晶粒尺寸达纳米级的高硬度Cr膜和CrMo合金膜层，显著提高了钛合金表面的抗磨性能，且膜层本身有很好的耐Cl^-介质环境电化学腐蚀性能，与钛合金基体之间有很好的接触腐蚀相容性。     

热处理温度对Cr/Al涂层组织结构及性能的影响

目的提高物理气相沉积Cr/Al涂层与基材锆合金的结合强度,减少涂层表面微观缺陷及内应力。方法采用多弧离子镀及磁控溅射技术在锆合金表面溅射Cr/Al涂层,并将涂层试样分别置于600、800℃保护气氛炉中热处理30 min。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(EDS)及光学显微镜(OM),分析了Cr/Al涂层热处理前后相组成、表面形貌、截面形貌、元素成分变化及涂层剪切后的剥落形貌。利用弹簧拉压试验机,测试了未处理涂层、600℃和800℃热处理涂层试样与基材锆合金的结合强度。结果 600、800℃热处理涂层相比未处理涂层,表面更加平滑,表面孔隙及微观缺陷较少,但与基材锆合金的结合强度并没有明显变化,未热处理涂层、600℃热处理涂层、800℃热处理涂层与基材锆合金的结合强度分别为44.07、44.12、44.08 MPa。结论热处理后,涂层出现Al Cr2、Al8Cr5、Al9Cr17、Al9Cr4、Al86Cr14等多种Cr-Al合金相,有利于涂层表面孔隙及大颗粒等缺陷的减少。但热处理前后,涂层与基材的结合强度未发生明显变化。     

CrAISiN涂层与不同材料配副时的摩擦学特性

目的 研究CrAlSiN涂层分别与304不锈钢、TC4钛合金、Al2O3陶瓷和GCr15钢四种不同材料配副时的摩擦学特性.方法 采用阴极电弧离子镀技术在M35高速钢上制备了CrAlSiN涂层,采用扫描电镜(SEM)、显微硬度计、划痕仪、球-盘式摩擦磨损试验仪和3D轮廓仪分别测试了涂层的结构和性能.结果 CrAlSiN涂层与304不锈钢、TC4钛合金和GCr15钢配副时的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,其中与亲和性高的304不锈钢、TC4钛合金粘着磨损严重.CrAlSiN涂层与不锈钢对磨时,摩擦系数最高,达到0.71;与GCr15钢对磨时,摩擦系数最低,但摩擦系数波动大;与钛合金对磨时,摩擦系数介于两者之间.CrAlSiN涂层与亲和性较差的Al2O3陶瓷之间的磨损形式为磨粒磨损,随着磨损的进行,摩擦系数逐渐降低.结论 CrAlSiN涂层与亲和性较高的材料对磨时,磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损,与亲和性较差的Al2O3对磨时为磨粒磨损.     

硬质合金表面Ti-Al-Zr-Cr-N系复合膜的抗高温氧化性

采用多弧离子镀技术和Ti-Al-Zr合金靶及Cr单质靶,在WC-8%Co硬质合金基体上制备出(Ti,Al,Zr,Cr)N多元单层膜和TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N多元梯度膜。对两种薄膜进行了600,700,800和900℃短时(4 h)的氧化实验及600和700℃长时(100 h)的循环氧化实验,并利用SEM和XRD分析了试样表面的氧化膜。结果表明,在短时氧化条件下,(Ti,Al,Zr,Cr)N单层膜和TiAlZrCr/(Ti,Al,Zr,Cr)N梯度膜分别在700和800℃时具有良好的抗高温氧化性;而在长时氧化条件下,其抗高温循环氧化温度分别为600和700℃。     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

Ti60合金表面电弧离子镀Ti-Al-Cr(Si,Y)防护涂层的热腐蚀行为

采用电弧离子镀技术在Ti60合金表面制备了Ti-48%Al-12%Cr(0.2%Si,0.1%Y,原子分数)防护涂层.利用XRD,SEM和EDS研究了Ti60合金及Ti-Al-Cr(Si,Y)涂层在Na_2SO_4和75%Na_2SO_4+25%K_2SO_4(质量分数)中800及850℃下的热腐蚀行为.结果表明,Ti60合金基体在800和850℃的硫酸盐中发生了严重的腐蚀,腐蚀产物发生了明显剥落.涂层样品在800和850℃的硫酸盐腐蚀介质中,表面形成了保护性的氧化膜,可以有效地保护Ti60合金免受腐蚀破坏.Ti60合金及涂层样品在75%Na_2SO_4+25%K_2SO_4混合硫酸盐中的腐蚀比在纯K_2SO_4中剧烈.Si和Y元素的加入使得Ti-Al-Cr-Si和Ti-Al-Cr-Si-Y涂层在硫酸盐中抗热腐蚀性能优于Ti-Al-Cr涂层.     

Structure and wear resistance of TiN and TiAlN coatings on AZ91 alloy deposited by multi-arc ion plating

In order to investigate the microstructure of TiN and TiAlN coatings and their effect on the wear resistance of Mg alloy, TiN and TiAlN coatings were deposited on AZ91 magnesium alloy by multi-arc ion plating technology. TiN and Ti70Al30N coatings were prepared on the substrate, respectively, which exhibited dark golden color and compact microstructure. The microstructures of TiN and Ti70Al30N coatings were investigated by X-ray diffractometry (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The micro-hardness and wear resistance of TiN and Ti70Al30N coatings were investigated in comparison with the uncoated AZ91 alloy. The XRD peaks assigned to TiN and TiAlN phases are found. The hardness of TiN coatings is two times as high as that of AZ91 alloy, and Ti70Al30N coating exhibits the highest hardness. The wear resistance of the hard coatings increases obviously as result of their high hardness.     

Microstructure and Wear Resistance Evolution of HVOFSprayed WC-（W,Cr）2C-Ni Coating with Post Heat Treatment In Air Atmosphere

WC-(W,Cr)2C-Ni coating was prepared on 1Cr18Ni9Ti stainless steel and C-276 Ni-base Hastelloy by high velocity oxy-fuel(HVOF)spraying.The effect of post heat treatment in air atmosphere on the microstructure,phase composition,microhardness,fracture toughness,and wear resistance of HVOF-sprayed WC-(W,Cr)2C-Ni coating was investigated.The microstructure and phase composition of the coatings were analyzed by means of field emission scanning electron microscopy(FESEM)and X-ray diffraction(XRD).The microhardness and fracture toughness of the coatings were measured using a microhardness tester and a Vickers hardness tester.Moreover,dry friction and wear behavior of the coatings sliding against Si3N4 ball was investigated using an oscillating friction and wear tester;and the worn surfaces of the coatings were analyzed by means of scanning electron microscopy(SEM).It was found that heat treatment within 500-800°C resulted in crystallization of amorphous phase in as-sprayed coating,generating nanoscale new phases such as NiWO4,CrWO4 and Cr2WO6.Besides,heat treatment led to increase of the microhardness of as-sprayed coating,and the highest microhardness was obtained after heat treatment at 800°C.The fracture toughness and wear resistance of the as-sprayed coating increased with increasing heat treatment temperature up to 700°C but tended to decrease with further elevating temperature.In other words,the mechanical properties and wear resistance of the as-sprayed coatings were worsened owing to excessive growth of oxidation grains and depletion of ductile Ni binder after heat treatment above 700°C.Thus it was suggested that as-sprayed ceramic composite coating should be post heat treated in air at a moderate temperature of 700°C so as to achieve the optimized mechanical properties and wear resistance.     

基体材料对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响

目的 讨论海水环境下不同基体材料对Cr/CrN交替的多层复合涂层磨蚀性能的影响,为海水环境下耐磨蚀材料基体的选择和应用提供参考。方法 采用多弧离子镀技术在316L不锈钢和TC4钛合金基体上沉积Cr/CrN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层材料的微观结构进行表征,通过硬度测试、结合力测试、电化学分析、摩擦磨损试验等技术对涂层材料的力学性能、电化学性能以及摩擦学性能进行分析,比较不同基体对Cr/CrN多层涂层在海水环境中磨蚀性能的影响。结果 以TC4钛合金为基体的Cr/CrN多层涂层的硬度为1727.2HV0.3,虽略小于以316L不锈钢为基体的涂层硬度（2241.5HV0.3）,但其在膜-基结合力、海水环境下电化学性能和摩擦学性能等方面均优于以316L不锈钢为基体的涂层。结合力测试中,以TC4为基体的多层涂层初始裂纹出现在31 N,扩展裂纹出现在42 N,大于316L基体涂层的22 N和35 N。电化学测试中TC4基体涂层的腐蚀电位为?0.20 V,大于316L基体涂层的腐蚀电位（?0.21 V）。海水环境下TC4基体涂层的平均摩擦系数和磨损率分别为0.35和2.9950×10?5 mm3/(N?m),均小于316 L基体涂层的平均摩擦系数（0.36）和磨损率（4.9895×10?5 mm3/(N?m)）。结论 TC4钛合金更适合作为海水环境用Cr/CrN多层涂层耐磨蚀材料的基体材料。     

氮化钛铝薄膜的制备及其摩擦学性能的研究

用多弧离子镀方法在高速钢的基体上沉积了不同钛铝比例的氮化钛铝薄膜，研究了不同铝含量对薄膜性能的影响，采SEM、XRD、AES、表面形貌仪、显微硬度计、划痕仪对薄膜的微观结构和力学性能进行了全面测试，用球盘试验机测试了薄膜的摩擦因数，在此基础上讨论了铝在薄膜中的作用。结果表明Al的引入使膜层的硬度明显提高。所有的(Ti，Al)N试样皆由面心立方晶格(fcc)的(Ti0．5Al0．5)N相组成。随着Al含量增加，GCr15与(TiAl)N膜层之间的摩擦因数下降，减摩性能提高，耐磨性能增强。(TiA1)N涂层可以显著提高硬质合金刀具的使用寿命。     

钛合金表面激光熔覆AlBxCoCrNiTi高熵合金涂层的组织与性能

目的研究AlB_xCoCrNiTi(x=0、0.5、1)高熵合金涂层的组织及性能,提高钛合金表面硬度及耐磨性。方法采用激光熔覆技术在TC4钛合金表面制备出AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层,运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)等材料分析手段,研究了B含量对高熵合金涂层形貌、组织结构、成分的影响,并采用维氏硬度计以及摩擦磨损试验检测了熔覆涂层的硬度和耐磨性能。结果高熵合金涂层与基体的整体结合形貌良好。未添加B的高熵合金涂层主要由BCC相和晶体结构类似(Co,Ni)Ti_2相组成。随着B的加入,高熵合金涂层的晶粒得到细化,BCC相含量增加,(Co,Ni)Ti_2相含量有所减少,且熔覆层原位生成了TiB_2硬质相,TiB_2硬质相含量随B含量的增加而增加。熔覆涂层的硬度和耐磨性与B含量呈正相关关系,AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的平均显微硬度最大,为814HV,且AlB_1CoCrNiTi高熵合金涂层的磨损量最小,其耐磨性约为未添加B的高熵合金涂层的7倍。结论 B含量的增加,有助于改善AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层的摩擦学性能,AlB_xCoCrNiTi高熵合金涂层有效提高了钛合金表面的硬度及耐磨性能。     

Effects of Ti_(0.5)Al_(0.5)N coatings on the protecting against oxidation for titanium alloys

Ti0.5Al0.5N coatings were deposited on TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si) and silicon substrates using a cathode arc ion-plating system.The microstructure, composition, phase structure, and oxidation-resistance of the alloys and nitride coatings were investigated by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy, Auger electron spectroscopy, and thermal analyzer.The results show that the oxidation resistance of the titanium alloy is relatively limited;the compound structures of Ti mixed with Al oxides are formed during the heating process.The phases of the Ti0.5Al0.5N coatings are composed of a TiN solid solution phase.The oxidation kinetics obeys the parabolic law.During the oxidation process, the selective oxidation of Al occurs, thus protecting the underlying coating and substrate.     

钛合金表面技术的进展

钛合金具有抗腐蚀能力强、强度高、密度低、中温性能稳定等一系列的特征，但其所固有的一些缺点限制了它的应用，例如对粘着磨损非常敏感、容易氧化，对聚合物，金属及陶瓷涂层附着力差等。为克服这些缺点采取了相应的对策与手段，着重指出Ag,Cd镀层可用于钛合金在低温下的耐磨防护；Co CrO3复合镀层及阳极氧化＋干膜润滑剂等可用于钛合金在中温条件下的耐磨防护。随着钛合金使用温度的提高，TixAlyN涂覆层则代表了钛合金耐磨防护的发展方向。     

Oxidation behavior of TiAlZrCr/（Ti, Al, Zr, Cr）N gradient films deposited by multi-arc ion plating

The two Ti-Al-Zr targets and one pure Cr target were used to prepare the TiAlZrCr/(Ti, Al, Zr, Cr)N gradient films on high speed steel (W18Cr4V) substrates by multi-arc ion plating technique. Short-term isothermal (at 600℃, 700℃, 800℃ and 900℃ for 4h) and long-term cyclic (at 700℃ and 800℃ for 100h) high temperature oxidation behavior of the gradient films were studied. Then the oxide scales formed on the film specimens were characterized by scanning electron microscopy (SEM), energy dispersion X-ray spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD). It was showed that, under short-term isothermal condition, the high temperature oxidation resistance of the gradient film was excellent up to 800℃ and an oxide scale comprising TiO₂ was observed. On the other hand, under long-term cyclic high temperature condition, the oxidation resistance of the gradient film was excellent at about 700℃.     

离子镀TiAlN超硬膜耐磨性研究

利用扫描电镜、电子探针、Ｘ射线衍射仪及Ａｕｇｅｒ电子能谱仪对多弧离子镀ＴｉＡｌＮ系超硬薄膜的耐磨性和磨损机理进行了研究。发现Ａｌ含量约１０％时膜层耐磨性较高。     

TC4钛合金表面激光熔覆WC增强镍基复合涂层的组织及耐磨性

为提高TC4钛合金的耐磨性,利用激光熔覆技术(laser cladding,LC)在TC4钛合金表面制备Ni60+50%WC(体积分数)和deloro22(d22)粉末打底+(Ni60+50%WC)2种耐磨复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)来表征涂层的微观结构和物相组成;使用HV-1000显微维氏硬度计、HRS-2M型高速往复摩擦磨损试验机和WDW-100D电子万能试验机来分析涂层的性能。结果表明:2种涂层均由W₂C、TiC、Ni₁₇W₃、Ni₃Ti和Ti_xW_1-x相组成,2种涂层不仅与基体呈现出优异的冶金结合,而且组织均匀致密,没有裂纹瑕疵;由于涂层中存在着原位合成的硬质相和细晶强化共同作用使得涂层硬度显著提高,约为TC4基体的2.82倍;2种涂层的摩擦系数(COF)和磨损量都远低于TC4钛合金基体;Ni60+50%WC复合涂层和d22粉末打底+(Ni60+50%WC)复合涂层的抗剪切结合强度分别为188....     

原位合成Al_3Ti颗粒增强铝基复合涂层(英文)

以直径200μm、纯度99.5%的钛丝丝网为反应源,通过熔渗-原位反应法制备一种Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基表面复合涂层。差热分析结果表明,在890°C下,Ti丝和Al熔体间发生反应。采用XRD、SEM以及显微硬度和磨损测试对所得到的复合涂层进行表征。结果表明:当保温时间为20min时,钛丝反应完全,原位合成为块状和条状的Al3Ti颗粒;颗粒的显微硬度大约为基体显微硬度的4.5倍;在载荷10N的干滑动磨损条件下,与没有增强的Al基体相比较,保温20min所制备的复合涂层表现出较好的耐磨性,其磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共存。     

溶渗法制备Al3Ti/Al复合材料的研究

以钛丝网为反应源,以金属Al为基体,通过熔渗+原位反应法制备出一种Al3Ti金属间化合物颗粒增强铝基表面复合涂层。根据差热分析结果确定了反应温度为890℃;通过XRD、SEM以及显微硬度和磨损测试对所得到的复合涂层进行了表征。结果表明:当保温时间为20 min时,钛丝在铝基体中的反应较完全,原位合成为块状和条状的Al3Ti颗粒;颗粒的显微硬度大约为基体的4.5倍;在载荷为10 N的干滑动磨损条件下,相对于没有增强的Al基体而言,保温20 min所制备的复合涂层表现出较好的耐磨性,其磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损共存。     

近α型、(α+β)型和近β型钛合金的高温力学性能

研究了近α型TA15和Ti60、(α＋β)型TC21和近β型TB17钛合金在100、400、500、600、650和700 ℃时的高温力学性能。结果表明,温度在100~500 ℃时,TB17合金的高温强度最高,TA15合金的高温强度最低,TC21合金的高温强度高于Ti60合金;当温度超过600 ℃后,TB17合金的高温性能变化幅度最大,强度最低,Ti60合金的变化幅度最小,强度最高,TC21合金的强度介于TA15与Ti60合金之间,并逐渐与TA15合金接近;当温度在100 ℃时,4种合金应变硬化和应变软化作用相当,应力-应变曲线处于较为平衡的状态;当温度在400 ℃时,TB17合金变形以应变软化为主,应力随着应变增加显著降低;当温度在600 ℃时,TC21和TA15合金变形也开始以应变软化为主,但TA15合金应力的下降幅度低于TC21合金;直到温度在650 ℃时,Ti60合金变形才以应变软化为主。